La structure fonctionnelle et la conservation des communautés de poissons des ruisseaux en Amazonie

FUNCTIONAL STRUCTURE AND CONSERVATION OF STREAM FISH ASSEMBLAGES IN THE BRASILIAN AMAZON

• Auteur / Autrice : Rafael Pereira Leitao
• Direction : David Mouillot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écosystèmes et sciences agronomiques
• Date : Soutenance le 27/03/2015
• Etablissement(s) : Montpellier en cotutelle avec Instituto nacional de pesquisas da Amazônia (Brésil)
• Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité Mixte de Recherche CNRS-IFREMER-IRD-UM 9190 MARBEC Marine Biodiversity, Exploitation and Conservation Université de Montpellier
• Jury : Président / Présidente : Bruce Rider Forsberg
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Mouillot, Bruce Rider Forsberg, Thierry Oberdorff, Fabricio Barreto Teresa
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Thierry Oberdorff, Fabricio Barreto Teresa

Mots clés

Mots clés contrôlés

Amazonie

Écologie des cours d'eau

Communautés animales

Biodiversité aquatique

Mots clés libres

Biodiversité

Traits

Tropique

Biodiversity

Traits

Tropics

Résumé

Tous les écosystèmes sur Terre sont confrontés à des niveaux de perturbations anthropiques sans précédent. Les forêts tropicales qui abritent une grande diversité d'espèces souffrent actuellement des changements de paysage les plus graves. Ces forêts sont aussi caractérisées par une forte proportion d'espèces rares, qui sont les premières à s'éteindre sous ses impacts croissants. Compte tenu de ce scénario, une quantification précise des réponses biotiques aux changements environnementaux est devenue urgente. Plus que cela, il faut développer des approches prédictives, capables d'identifier les conséquences de l'extinction des espèces sur la structure des communautés et sur le fonctionnement des écosystèmes. La biodiversité doit donc être considérée à travers ses multiples facettes. L'évaluation de la diversité et de la distribution des traits fonctionnels des espèces au sein des communautés (la structure fonctionnelle) est une perspective prometteuse pour étudier ces changements dans les écosystèmes. Dans ce contexte, cette étude porte sur un groupe vulnérable et riche en espèces: les poissons des ruisseaux Amazoniens. Nos principaux objectifs sont: 1) déterminer des voies par lesquelles les changements des paysage affectent la structure fonctionnelle des communauté de poissons des ruisseaux dans les régions perturbées du centre-est de l'Amazonie; et 2) examiner les conséquences des extinctions des espèces rares sur la structure fonctionnelle des communautés de poissons de ces ruisseaux. Pour atteindre le premier objectif, nous avons échantillonné 94 ruisseaux, et caractérisé les conditions de l'habitat et du paysage, y compris la densité des points de passage des routes (fragmentation) et les niveaux de déforestation et d'intensification agricole. 141 espèces ont été caractérisées fonctionnellement à l'aide traits écomorphologiques décrivant l'alimentation, la locomotion et l'habitat préférentiel. Nous avons constaté que plusieurs prédicteurs à différentes échelles spatiales influencent les conditions des ruisseaux et la structure fonctionnelle des communautés. La déforestation augmente la végétation immergée, ce qui réduit la régularité fonctionnelle des communautés (domination de quelques combinaisons de traits). La fragmentation en amont de sites et la déforestation modifient la morphologie et le fond des ruisseaux, et changent l'identité fonctionnelle des communautés. La fragmentation en aval de sites réduit la richesse, la régularité et la divergence fonctionnelle, ce qui suggère une diminution de l'amplitude des niches remplies et une homogénéisation fonctionnelle des communautés. Pour atteindre le deuxième objectif de l'étude, nous avons échantillonné 320 ruisseaux le long des principaux affluents du bassin de l'Amazone, et nous avons caractérisé fonctionnellement les 395 espèces des poissons. Nous avons construit une mesure de rareté des espèces (combinant l'abondance locale, l'aire géographique, et la gamme de l'habitat) et nous avons évalué la contribution des espèces rares à différentes facettes de la structure fonctionnelle en utilisant des scénarios réalistes de perte d'espèces. Pour améliorer la généralité de nos constatations, nous avons appliqué ces procédures à deux autres communautés tropicales: des arbres de Guyane Française, et des oiseaux des Tropiques Humides Australiens. Nous avons montré pour les trois groupes taxonomiques que les espèces rares ont les combinaisons de traits les plus extrêmes et les plus uniques, et nous avons détecté des impacts disproportionnés sur la structure fonctionnelle des communautés en fonction de l'extinction simulée des espèces rares. Ces résultats justifient l'application du principe de précaution pour la conservation de la biodiversité tropicale, malgré l'assurance apparente fournie par ces systèmes riches en espèces. Nous croyons que cette étude donne des indications importantes pour améliorer la gestion et la conservation de la biodiversité tropicale.

All ecosystems on Earth are facing unprecedented levels of human-induced disturbances. Tropical forests, which support enormous diversity of species, currently suffer the most dramatic landscape changes. These forests are also characterized by elevated proportions of rare species, which are the first to become extinct under the increasing and cumulative impacts. Given this scenario, a precise quantification of the biotic responses to environmental changes has become urgent. Moreover, we need to develop predictive approaches capable of identifying the consequences of species extinction to the structure of communities and to ecosystem functioning. Biodiversity should thus be considered in its several facets. Assessing the diversity and distribution of functional traits within species assemblages (i.e., functional structure) is a promising perspective to investigate these changes in ecosystems. In this context, the present study focused on a vulnerable and species-rich group: Amazon stream fishes. Our main objectives included: 1) determining the mechanistic pathways through which land use affects the functional structure of stream fish assemblages in the human-modified mid-eastern Amazon; and 2) investigating the possible consequences of the extinction of rare species on the functional structure of stream fish assemblages. To achieve the first goal, we sampled fish in 94 streams, and characterized stream habitat conditions and key landscape variables, including density of road crossings (i.e., riverscape fragmentation), degree of deforestation, and agricultural land use intensification. 141 species were functionally characterized using ecomorphological traits describing feeding, locomotion, and habitat preferences. We found that multiple drivers operating at different spatial scales influence stream condition and the functional structure of the fish assemblages. Riparian deforestation increased submerged vegetation, which reduced the functional evenness of assemblages (i.e., domination of a few trait combinations). Fragmentation upstream from sampling sites and deforestation altered channel morphology and stream bottom, changing the assemblage functional identity. Fragmentation downstream from sites reduced functional richness, evenness and divergence, suggesting a reduction in the range of niches filled and a functional homogenization of local assemblages. To achieve the second goal of the study, we sampled 320 streams along the main tributaries of the Amazon Basin, and functionally characterized all 395 fish species found in the samples. We then built an integrative measure of species rarity (i.e., by combining local abundance, geographic range, and habitat breadth) and assessed the contribution of rare species to complementary facets of assemblage functional structure using realistic scenarios of species loss. To enhance the generality of our findings, we applied this framework to other two sets of tropical assemblages: trees from French Guiana, and birds from the Australian Wet Tropics. We show that rare species have the most extreme and unique combinations of traits for the three taxonomic groups, and detected disproportionate impacts of rare species potential extinction on the functional structure of the assemblages. These results justify the application of the precautionary principle for tropical biodiversity conservation, despite the expected buffering effects provided by functional redundancy in such species-rich systems. Overall, we believe that this study gives important insights to improving the management and conservation of tropical biodiversity.